از نور مستقیم تا بازتاب زمین؛ گامی علمی برای افزایش راندمان نیروگاه های خورشیدی

مقدمه

تحولات چند سال اخیر در فناوری فتوولتائیک (PV) نشان می دهد مسیر آینده صنعت خورشیدی در افزایش راندمان و کاهش هزینه انرژی نهفته است. در میان فناوری های نوین، پنل های دوطرفه یا Bifacial یکی از مؤثرترین راهکارها برای بهره برداری حداکثری از تابش خورشید هستند. این نوع پنل ها علاوه بر نور مستقیم، از نور بازتاب شده از سطح زمین نیز استفاده می کنند. نتیجه آن، تولید انرژی بیشتر در همان فضای نصب است.
در این مقاله، تفاوت فنی، مزایا و چالش های این دو نوع پنل بررسی می شود و در پایان نقش سنسورها و سامانه مانیتورینگ شرکت پرتونگار دانش در تحلیل عملکرد واقعی نیروگاه ها توضیح داده می شود.

شناخت فنی پنل های معمولی (Monofacial)

پنل های معمولی تنها از سمت جلویی خود نور خورشید را جذب می کنند. در ساختار این پنل ها، سلول های خورشیدی در یک لایه شیشه ای در جلو قرار دارند و پشت پنل با ورق محافظ پوشیده شده است. این طراحی ساده و اقتصادی باعث شده سال ها به عنوان گزینه اصلی در پروژه های خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. پنل های معمولی راندمانی حدود ۱۸ تا ۲۲ درصد دارند و در بیشتر شرایط اقلیمی ایران عملکرد قابل قبولی ارائه می دهند.

مزایای اصلی پنل های معمولی:

• قیمت کمتر و در دسترس بودن بالا
• سادگی نصب و نگهداری
• سازگاری با اغلب ساختارهای نیروگاهی

محدودیت ها:

• عدم استفاده از نور بازتابی زمین
• کاهش راندمان در مناطق با آلودگی یا تابش غیرمستقیم
• حساسیت بیشتر به دمای بالا و تهویه ضعیف

پنل های دوطرفه (Bifacial) و نحوه عملکرد آن ها

پنل های Bifacial از نظر ساختار ظاهری شباهت زیادی به مدل های معمولی دارند، اما تفاوت کلیدی در طراحی سلول های خورشیدی آن هاست. در این پنل ها، سلول ها در هر دو سمت ماژول قرار گرفته اند. سمت جلو نور مستقیم خورشید را جذب می کند و سمت پشت از بازتاب نور زمین، دیوارها یا محیط اطراف بهره می برد. به این ترتیب، انرژی ای که در پنل های معمولی از دست می رود، در مدل های دوطرفه به برق تبدیل می شود. در شرایط مناسب، پنل های Bifacial می توانند بین پنج تا بیست درصد انرژی بیشتری نسبت به پنل های معمولی تولید کنند. این افزایش به فاکتورهایی مانند زاویه نصب، ارتفاع پنل از زمین و میزان بازتاب سطح زیرین (آلبدو) بستگی دارد.

مفهوم آلبدو و اهمیت آن در طراحی نیروگاه دوطرفه

آلبدو به نسبت نوری گفته می شود که از سطح زمین بازتاب می شود و دوباره به آسمان باز می گردد. برای مثال، خاک تیره حدود ۱۵ درصد، شن روشن حدود ۳۰ درصد و برف تازه تا ۸۰ درصد نور را بازتاب می دهد. هر چه آلبدو بیشتر باشد، نور بیشتری به سطح پشتی پنل های دوطرفه می رسد و توان خروجی آن ها افزایش می یابد. برای محاسبه دقیق تأثیر آلبدو بر عملکرد نیروگاه، باید میزان تابش و بازتاب در محل نصب اندازه گیری شود. در این زمینه، سنسور تشعشع و آلبدومتری شرکت پرتونگار دانش نقش حیاتی دارند. این سنسورها داده های دقیق تابش مستقیم و بازتاب سطح زمین را ثبت کرده و امکان تحلیل علمی تأثیر آن ها بر عملکرد پنل های Bifacial را فراهم می کنند. داده های به دست آمده از این سنسورها مبنای تصمیم گیری برای تعیین زاویه بهینه، نوع پوشش زمین و ارتفاع نصب پنل هاست.

مزایای علمی و عملی استفاده از پنل های دوطرفه

۱. افزایش راندمان واقعی سیستم:
به واسطه جذب نور از هر دو سمت، توان خروجی کلی بین ۵ تا ۲۰ درصد بیشتر از مدل های معمولی است.
۲. بهبود عملکرد حرارتی:
طراحی دوطرفه باعث تهویه طبیعی در اطراف سلول ها می شود و دمای آن ها را پایین تر نگه می دارد.
۳. طول عمر بیشتر:
پوشش شیشه ای در هر دو سمت ماژول از نفوذ رطوبت و تخریب ناشی از اشعه فرابنفش جلوگیری می کند.
۴. عملکرد بهتر در محیط های بازتابی:
مناطق برفی، شنی یا دارای سطح روشن بیشترین بازده را از این پنل ها دریافت می کنند.

چالش ها و ملاحظات طراحی

در کنار مزایا، استفاده از پنل های دوطرفه نیازمند طراحی دقیق تر و تجهیزات اندازه گیری پیشرفته تر است. راندمان این پنل ها به شدت به شرایط محیطی وابسته است. اگر زمین تیره یا مرطوب باشد، بازتاب نور کاهش می یابد و مزیت دوطرفه بودن کمتر احساس می شود. همچنین هزینه اولیه نصب و سازه نگهدارنده ممکن است کمی بیشتر از مدل های معمولی باشد. برای جبران این هزینه، باید طراحی علمی بر اساس داده های واقعی تابش انجام شود که در این بخش، داده های سنسورهای شرکت پرتونگار دانش مبنای تصمیم گیری دقیق مهندسان است.

تحلیل و مانیتورینگ در نیروگاه های دوطرفه

در نیروگاه های مجهز به پنل های Bifacial، تحلیل داده ها اهمیت ویژه ای دارد. صرفاً دانستن مقدار تولید کافی نیست؛ باید مشخص شود این تولید در مقایسه با تابش واقعی چه نسبتی دارد و افت راندمان ناشی از چه عواملی است. سامانه مانیتورینگ مهردیس با دریافت داده های سنسورهای تابش، آلبدو، دما و توان خروجی، شاخص های کلیدی عملکرد مانند نسبت عملکرد (PR) و راندمان لحظه ای را به صورت خودکار محاسبه می کند. این اطلاعات در قالب نمودارهای قابل درک برای مدیران پروژه نمایش داده می شود تا تصمیم گیری سریع و دقیق امکان پذیر باشد.
به این ترتیب، شرکت پرتونگار دانش داده های خام فنی را به اطلاعات قابل استفاده برای بهره برداری و نگهداری تبدیل می کند. نتیجه نهایی، افزایش راندمان، کاهش توقف های ناگهانی و صرفه جویی اقتصادی در کل چرخه عمر نیروگاه است.

جمع بندی

پنل های دوطرفه نسبت به پنل های معمولی، فناوری پیشرفته تری دارند که امکان استفاده همزمان از نور مستقیم و بازتابی را فراهم می نماید. این ویژگی در مناطق پرتابش ایران، به ویژه مناطق کویری و نیمه خشک، می تواند منجر به افزایش چشمگیر بازده نیروگاه شود. با این حال، موفقیت در بهره گیری از این فناوری تنها در صورتی ممکن است که داده های محیطی و عملکردی به صورت دقیق اندازه گیری و تحلیل شوند. سنسور تشعشع و آلبدومتری شرکت پرتونگار دانش با دقت بالا این داده ها را فراهم می کنند و سامانه مانیتورینگ مهردیس امکان تحلیل و پایش علمی نیروگاه را در اختیار تیم های فنی قرار می دهد.
ترکیب این سه عنصر — اندازه گیری دقیق، تحلیل داده و پایش هوشمند — مسیر واقعی بهره وری از فناوری Bifacial در شرایط اقلیمی ایران را هموار می سازد.